Ⅰ基本原理

第1章概述1

1.1什么是环境工程学？1

1.2环境工程的研究领域3

1.2.1水质工程4

1.2.2空气质量工程6

1.2.3危险废物管理8

1.3背景知识和概念10

1.3.1浓度和其他度量单位10

1.3.2物质守恒12

1.3.3控制污染物浓度的因素14

1.3.4工程分析14

1.3.5控制机会15

1.3.6环境法规16

1.3.7精密度和准确度17

1.3.8量值：长度尺度和特征时间18

参考文献20

习题21

第2章水、空气及其中的杂质25

2.1水和水圈25

2.2空气和大气圈29

2.3环境介质中的杂质32

2.3.1溶解在水中的气体33

2.3.2空气中的水33

2.3.3酸、碱和氢离子33

2.3.4无机杂质34

2.3.5有机杂质39

2.3.6放射性核素43

2.3.7引起气味、味道和颜色的化合物45

2.3.8颗粒物45

2.3.9微生物50

参考文献53

习题54

第3章转化过程59

3.1重要概念59

3.1.1化学计量学59

3.1.2化学平衡61

3.1.3动力学63

3.2相变和分配70

3.2.1蒸气压71

3.2.2水中物质的溶解72

3.2.3吸附76

3.3酸碱反应81

3.3.1酸碱反应和氢离子81

3.3.2纯水的pH值81

3.3.3强酸和弱酸82

3.3.4碳酸盐系统85

3.4氧化还原反应90

3.4.1氧化态91

3.4.2腐蚀92

3.4.3燃烧94

3.4.4大气氧化过程97

3.4.5微生物反应100

参考文献106

习题107

第4章迁移现象121

4.1基本概念和机制121

4.1.1污染物通量121

4.1.2平流122

4.1.3分子扩散123

4.1.4弥散作用126

4.2颗粒物的运动131

4.2.1颗粒物的阻力131

4.2.2重力沉降133

4.2.3布朗扩散137

4.3流体边界的传质作用138

4.3.1传质系数139

4.3.2空气水界面的迁移143

4.4多孔介质中的迁移146

4.4.1多孔介质中的流体流动147

4.4.2多孔介质中的污染物迁移150

参考文献153

习题153

第5章迁移和转化模型159

5.1反应器模型160

5.1.1批次反应器165

5.1.2完全混合流动反应器（CMFR）169

5.1.3塞流式反应器（PFR）173

5.1.4一些复杂的例子181

5.2超理想反应器：通用物质守恒模型188

5.2.1控制方程188

5.2.2解决环境迁移问题的方法191

参考文献201

习题202

Ⅱ应用

第6章水质工程215

6.1水质问题的本质215

6.1.1河流和溪流216

6.1.2湖泊和水库220

6.1.3地下水224

6.1.4海洋和河口226

6.2水质法规和处理系统综述229

6.2.1重要的美国联邦水法规230

6.2.2工程化的水质系统231

6.3物理处理方法234

6.3.1沉淀234

6.3.2通过颗粒状介质过滤238

6.3.3膜分离过程242

6.4化学和物理化学处理方法246

6.4.1消毒246

6.4.2凝聚和絮凝252

6.4.3有机分子的吸附256

6.4.4化学沉淀和离子交换260

6.5废水生物处理265

6.5.1活性污泥法266

6.5.2滴滤池273

6.5.3废水污泥的厌氧消化275

参考文献279

习题281

第7章空气质量工程301

7.1空气污染问题的实质301

7.1.1标准污染物302

7.1.2有害空气污染物306

7.1.3酸沉降307

7.1.4光化学烟雾309

7.1.5室内空气质量313

7.1.6全球变化318

7.2空气污染物排放与控制323

7.2.1排放的表征324

7.2.2燃烧产生的污染物329

7.2.3汽车排放337

7.3处理技术342

7.3.1颗粒物的控制装置343

7.3.2吸附应用于气体污染物的控制350

7.4空气质量模型351

7.4.1建模方法概述351

7.4.2高斯烟羽扩散模型353

参考文献363

习题365

第8章危险废物管理376

8.1概述376

8.1.1历史和案例研究376

8.1.2危险废物的规章制度379

8.1.3危险废物问题的重要性386

8.1.4危险废物来源387

8.2危险废物减量化388

8.2.1什么是废物减量化388

8.2.2为什么要废物减量化？389

8.2.3废物减量化技术389

8.2.4废物减量化的管理工具393

8.3危险废物处理工艺396

8.3.1物理分离396

8.3.2化学处理407

8.3.3热处理416

8.3.4生物处理425

8.4危险废物处置431

8.4.1填埋432

8.4.2深井灌注434

8.5环境释放与修复436

8.5.1现场表征438

8.5.2定量风险分析439

8.5.3现场修复443

参考文献453

附加资料来源455

习题456

附录

附录A环境工程学的基本数据465

参考文献468

附录B电离辐射初步介绍469

参考文献473

附录C环境有机化合物的初步介绍474

C.1纯的碳氢化合物474

C.2氧代有机化合物476

C.3卤代有机物476

C.4含硫或含氮的有机化合物477

附录D环境工程中的数学解答方法479

D.1常微分方程479

D.1.1常系数一阶线性方程479

D.1.2耦合一阶常微分方程482

D.1.3常微分方程的数值解法初步介绍483

D.2迁移问题中出现的偏微分方程484

D.3解平衡问题：非线性代数方程的根487

D.4基于对数尺度的数据处理490

D.5线性回归492

参考文献493

附录E进一步探究转化过程494

E.1活度494

E.2吉布斯自由能和平衡常数495

E.3氧化还原反应的电极电位和自由能变化497

E.4活化能和温度与反应速率的相关性499

参考文献501

附录F美国水和空气质量的联邦法规502

附录G一些重要的度量单位换算系数（1.3.1、2.2）509

索引（511） 2100433B

整个环境工程领域有一整套的基本原理作为基础。这些原理是基于化学、生物、物理和数学等科学原理的。本书分两大部分共8章。第Ⅰ部分系统地介绍了环境工程的基本原理，分为5章，主要为环境工程学中涉及到的一些基本概念和基本原理。第Ⅱ部分阐述了基本原理在环境工程实践中的应用，分为3章，内容包括水质工程、空气质量工程、危险废物管理。最后，本书的附录部分还附加了环境工程学中常用的一些基本数据、环境工程中的数学解答方法等。书中包含了很多例题并且每章后均留出一些习题，希望能使学生集中思考如何利用所学的环境工程中的基本原理来分析环境系统并达到解决环境问题的目的。

本书可作为高等院校环境工程与环境科学专业的高年级本科生和低年级研究生教材，同时也适用于相关政府人员、科研人员参考。

• 课程资源

《环境工程原理（第三版）》有配套的Abook数字课程，该课程包含电子教案和课程视频等内容。

环境工程原理（第三版）修订情况

《环境工程原理（第三版）》是在《环境工程原理（第二版）》的基础上，遵照教育部高等学校环境科学与工程类专业教学指导委员会制定的基本要求修订而成的。

该次修订的主要内容如下：

1.梳理了“第一章绪论”的内容，增加了污染治理的新原理和新技术。

2.将第二版中“第十四章微生物反应器”分为两章，即“第十四章微生物反应动力学基础”和“第十五章微生物反应器”，增加了生物膜反应器的相关内容。

3.增加了物料衡算、强化传质、沉降分离设备、固相催化反应器等在环境工程中的应用案例。

4.对部分章节的思考题和习题进行了补充和调整。与《环境工程原理（第二版）》相同，该教材对一些理论性强或拓展性的选修内容进行了标注。

各章修订、编写人如下：胡洪营编写了第一章、第十一章、第十二章、第十三章、第十四章、第十五章和第十六章；张旭编写了第二章、第三章、第四章和第五章；黄霞编写了第六章、第七章、第八章和第十章；王伟编写了第九章；席劲瑛参与了第一章、第九章和第十五章的部分内容。清华大学“环境工程原理”课程助教博士生汤芳、庄林岚、许雪乔、黄南、罗希和王运宏等为教材的修订做了文字编辑等工作。

该教材由清华大学教授郝吉明院士担任主审。山东理工大学马骁轩在清华大学环境学院访问交流期间审读了全书并提出了意见。

环境工程原理（第三版）出版工作

2015年8月11日，《环境工程原理（第三版）》由高等教育出版社出版。

该书主要内容包括环境工程原理基础、分离过程原理和反应工程原理三大部分。环境工程原理基础部分主要讲述单位与量纲分析、质量与能量守恒原理、流体流动、传递过程等；分离过程原理部分主要讲述沉淀、过滤、吸收和吸附的基本原理；反应工程原理部分主要讲述化学和生物反应计量学、动力学、环境工程中常用的各类反应器及其解析理论等。